DE19829656A1 - Metalldichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Metalldichtung zum Abdichten eines Spalts
zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen von Teilen eines Motors,
insbesondere eines Mehrzylindermotors.
Metalldichtungen verwendet man zum Abdichten eines Spalts zwischen den
gegenüberliegenden Oberflächen von Strukturteilen eines Motors, wie etwa
einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock. Eine solche Metalldichtung
weist in der Nähe von Durchgangslöchern, die Brennkammern, Wasser
leitungen und Ölleitungen entsprechen, Wülste auf. Wenn die Metall
dichtung zwischen einen Zylinderkopf und einen Zylinderblock gelegt und
mit Bolzen festgezogen und hierdurch fixiert wird, bilden die Wülste
ringförmige, elastische Kontaktabschnitte in bezug auf die gegenüber
liegenden Befestigungsoberflächen und dichten den Spalt zwischen diesen
gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen ab.
Ein moderner Motor erfordert eine höhere Leistung und ein geringeres
Gewicht. Daher besteht die Tendenz, einen Zylinderkopf aus Aluminiumma
terial mit geringem spezifischem Gewicht herzustellen, anstelle aus
herkömmlichem Material mit hohem spezifischem Gewicht, wie etwa Stahl
und Gußeisen, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Aluminiumma
terial hat ein geringes Gewicht, hat jedoch keine hohe Festigkeit, so daß die
Neigung besteht, daß bei Betrieb des Motors die relative Verlagerung des
Zylinderkopfs in bezug auf den Zylinderblock aus Stahl oder Gußeisen
zunimmt. Die Befestigungsbolzen zum Festziehen der gegenüberliegenden
Befestigungsoberflächen dieser Strukturelemente aus verschiedenen
Materialien über eine einschichtige Metalldichtung sind insgesamt oder
überwiegend in einem Außenumfangsabschnitt der Metalldichtung verstreut
angeordnet. Die Befestigungsbolzen sind nämlich nicht immer gleichmäßig
um die Bohrungslöcher herum verteilt, so daß die gegenüberliegenden
Befestigungsoberflächen unregelmäßig werden können. Demzufolge tritt
heißes Hochdruckverbrennungsgas in diejenigen Abschnitte der gegenüber
liegenden Befestigungsoberflächen ein, die sich zwischen den Bohrungs
löchern befinden, so daß sich diese Abschnitte stark verformen, wodurch
die Wülste der zwischen den gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen
angeordneten Metalldichtung korrodieren und verschmutzt werden, so daß
die Dichtwirkung der Metalldichtung abnimmt.
Bei Verwendung einer Zylinderkopfdichtung nimmt der Abstand zwischen
dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock während eines Verbrennungszyklus
des Motors wiederholt zu und wieder ab, und auf die Metalldichtung wirkt
eine wiederholte Belastung (mechanische Belastung und thermische
Belastung). Besonders ausgeprägt ist die Wechselbelastung der Metall
dichtung an dem Abschnitt, der den Abschnitten der geringsten Festigkeit
des Zylinderblocks und des Zylinderkopfs entspricht. Infolgedessen treten
in den an der Metalldichtung ausgebildeten Wülsten Dauerermüdungs
erscheinungen und -brüche auf, so daß die Dichtleistung der Metalldichtung
schlechter wird.
Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat die in den Fig. 8, 9 und 10
gezeigte Metalldichtung entwickelt (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.
39868/1993). Fig. 8 zeigt eine Metalldichtung mit einer Struktur, in der
zwei elastische Metallplatten 21, 28 aufeinander gelegt sind, wobei die
Grenzabschnitte benachbarter Bohrungslöcher 22A, 22B; 29A, 29B, die in
diesen elastischen Metallplatten 21, 28 im Schnitt entlang der Mittellinie
gezeigt sind, welche die Mitten dieser Bohrungslöcher 22A, 22B; 29A, 29B
miteinander verbindet. Um diese Bohrungslöcher 22A, 22B der elastischen
Metallplatte 21 ist ein ringförmiger Wulst 24 ausgebildet, der zu der
elastischen Metallplatte 28 vorsteht, und um die Bohrungslöcher 29A, 29B
der elastischen Metallplatte 28 ist ein ringförmiger Wulst 30 ausgebildet, der
zu der elastischen Metallplatte 21 vorsteht. Der Wulst 24 der elastischen
Metallplatte 21 und der Wulst 30 der elastischen Metallplatte 28 berühren
einander. Die Wülste 24, 30 können so ausgebildet sein, daß sie wie in der
Zeichnung miteinander fluchten, oder zwischen Bohrungslöchern 22A und
22B und zwischen Bohrungslöchern 29A und 29B voneinander versetzt
sind. Um die Bohrungslöcher 22A, 22B der elastischen Metallplatte 21 sind
Knickabschnitte 25A, 25B ausgebildet, die zu der elastischen Metallplatte
28 zurückgeknickt sind.
Bei dieser Metalldichtung ist ein doppelter Dichtungsabschnitt in den Wulst-
und Knickabschnitten um die Bohrungslöcher herum sichergestellt, so daß,
auch wenn an den gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen der zwei
Strukturteile bei Festziehen der Dichtung Unregelmäßigkeiten auftreten, die
Wulst- und Knickabschnitte entsprechend der Verformung dieser Befesti
gungsoberflächen verformt werden, um die Unregelmäßigkeiten dieser
Oberflächen auszugleichen. Weil die Formung dieser Knickabschnitte durch
die Härte, Dehnbarkeit, Festigkeit und Dicke der elastischen Metallplatte
beschränkt ist, muß man ein Plattenmaterial verwenden, das eine ver
gleichsweise geringe Härte und Festigkeit, eine geringe Dicke und eine hohe
Dehnbarkeit aufweist. Wenn eine aus solchem Material hergestellte
Metalldichtung über längere Zeit benutzt wird, kann es in dem Wulst zu
Dauerermüdungserscheinungen und Brüchen kommen. Ferner machen die
an einer Metalldichtung ausgebildeten Knickabschnitte die Dicke der
Dichtung um die Bohrungslöcher herum größer. Wenn daher die Metall
dichtung zwischen den gegenüberliegenden Befestigungsflächen gehalten
und festgezogen wird, konzentriert sich der Oberflächendruck leichter an
den Bohrungsloch-Umgebungsabschnitten als an anderen Abschnitten der
elastischen Metallplatten. Wenn die Motorteile aus Aluminium hergestellt
sind, kommt es leicht zu Eindrücken in den gegenüberliegenden Befesti
gungsoberflächen.
Die in Fig. 9 gezeigte Metalldichtung unterscheidet sich von der in Fig.
8 gezeigten Dichtung darin, daß die Dicke der elastischen Metallplatte 31
gleich jener der elastischen Metallplatte 38 ist.
Die in Fig. 10 gezeigte Metalldichtung unterscheidet sich von der in Fig.
8 gezeigten Dichtung darin, daß Weichmetallplatten 27A, 27B in den
Knickabschnitten 25A, 25B einer elastischen Metallplatte 21 eingeschlossen
sind, um die Dicke der die Bohrungslöcher 22A, 22B umgebenden
Abschnitte der Metalldichtung zu regulieren. Wenn die Dicke der die
Bohrungslöcher 22A, 22B umgebenden Abschnitte der Metalldichtung
vergrößert wird, kann die Dichtwirkung der Metalldichtung, die zwischen
den gegenüberliegenden Oberflächen gehalten und festgezogen ist, im
Hinblick auf Gasaustritt aus den die Bohrungslöcher 22A, 29A; 22B, 29B
umgebenden Abschnitten dieser Oberflächen verbessert werden.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 243531/1995 offenbart die
Abdichtung der Umfangrandabschnitte von Bohrungslöchern einer
Metalldichtung. In dieser Metalldichtung umgeben Rand-Metallplatten mit
geeigneter Breite die Umfangsrandbereiche von Zylindern zugeordneten
Bohrungslöchern. Eine Metallplatte, die mit den Umfängen der Rand-
Metallplatten verbunden ist und deren Dicke geringer ist als jene der Rand-
Metallplatten, bildet eine Hilfsplatte. Diese Metalldichtung ist hergestellt
durch Einlegen dieser Hilfsplatte zwischen zwei Basisplatten, die Wülste
aufweisen, die zu den Zylinderbohrungsöffnungen der anderen Basisplatten
hin vorstehen, derart, daß die Wülste die Rand-Metallplatten berühren.
Wegen der Gewichtsreduktion eines modernen Motors besteht allgemein die
Tendenz, daß der Abstand zwischen benachbarten Bohrungslöchern
abnimmt, so daß die Bereiche zwischen benachbarten Bohrungslöchern
heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt sind, so daß ein Gasleckstrom
auftreten kann. Um daher die Dichtwirkung zwischen den Bohrungslöchern
sicherzustellen, werden für die Herstellung einer Metalldichtung teure
elastische Metallplatten verwendet. Bei der in dieser Druckschrift offen bar
ten Metalldichtung wird eine teure elastische Metallplatte verwendet, wobei
diese sich über die gesamten gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen
erstreckt, um die Löcher abzudichten, welche nicht die Bohrungslöcher sind,
und die keine hochgradige Dichtwirkung der Metalldichtung erfordern. Daher
werden die Herstellungskosten dieser Metalldichtung hoch.
Ein Ziel der Erfindung ist es daher, eine Metalldichtung anzugeben, die eine
hohe Dichtwirkung hat und billiger herzustellen ist.
Um diese Ziele zu erreichen, wird eine Metalldichtung nach Anspruch 1
vorgeschlagen.
Bei dieser Metalldichtung sind Bohrungsdichtabschnitte von Dichtwulst
metallplatten, welche Brennkammerbohrungen entsprechende Bohrungs
löcher umgeben, mit Wülsten versehen, um diese die Bohrungen umgeben
den Bereiche abzudichten. Ferner vorgesehen ist eine Außenumfangs-
Metallplatte zum Abdichten von Außenumfangsdichtungsabschnitten, die
andere Löcher umgeben, wie etwa Bolzenlöcher, Wasserlöcher, Öllöcher
und Paßlöcher, welche keine Bohrungslöcher sind. Die Wulstmetallplatten
und Außenumfangs-Metallplatten sind aus verschiedenen Arten elastischer
Metallplatten hergestellt. Die Wulstmetallplatten, die eine hochgradige
Dichtwirkung haben sollen und die die Bohrungslöcher umgebenden
Bereiche abdichten sollen, sind aus teurem Metallmaterial hergestellt, um die
Dichtwirkung zuverlässig sicherzustellen. Die Außenumfangs-Metallplatte
zur Anordnung in Bereichen, die keine derart hohe Dichtwirkung wie die
Bohrungslochumgebungsbereiche erfordern, sind aus billigerem Metall
material hergestellt. Die Wulstmetallplatten und die Außenumfangsmetall
platte sind derart ausgebildet, daß sie auf einfache Weise zueinander dicht
miteinander verbunden werden können, wenn die Dichtung zwischen den
gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen gehalten und festgezogen ist.
Hierdurch wird es möglich, die Kosten zu reduzieren und eine gute
Dichtwirkung sicherzustellen, indem man die Dicke der Metallplatten
berücksichtigt.
Die erfindungsgemäße Metalldichtung umfaßt ein Paar von Wulstmetall
platten, die mit zueinander fluchtenden oder parallel angeordneten
Bohrungslöchern und Wülsten versehen sind, die entlang den Umfängen der
Bohrungslöcher verlaufen und dazu ausgelegt sind, die Bohrungslöcher
umgebende Bereiche abzudichten, sowie eine Außenumfangs-Metallplatte,
die mit einer Öffnung versehen ist, die zumindest abschnittsweise entlang
den Umfangsrandabschnitten der Wulstmetallplatten verläuft und mit diesen
in einem Randabschnitt überlappt, sowie anderen Löchern als den Bohrungslöchern,
wobei der Randabschnitt der Öffnung zwischen den Wulstmetall
platten angeordnet ist, wobei die Außenumfangsplatte dazu ausgelegt ist,
einen anderen Außenumfangsbereich als die Bohrungsloch-Umgebungs
bereiche abzudichten, wobei die Vorsprungsabschnitte der Wülste der
Wulstplatten einander gegenüberliegen, wobei die Dicke der Außenumfangs
platte größer ausgelegt ist als jene der Wulstmetallplatten und kleiner als
eine Gesamtdicke der Wulstmetallplatten.
In dieser Metalldichtung erfolgt die Abdichtung der Bohrungsloch-Umge
bungsabschnitte und des Außenumfangsbereichs, der von den Bohrungs
löchern entfernt ist, durch die verschiedenen Metallplatten auf unter
schiedliche Weise. Bei den zwei Wulstmetallplatten übernehmen die
Vorsprungsabschnitte der Wülste, die einander gegenüberliegen, die
Abdichtung der Bereiche von Bohrungsdichtabschnitten, die die parallel
angeordneten Bohrungslöcher umgeben. Die Außenumfangs-Metallplatte,
die zwischen den Umfangsrandabschnitten der zwei Wulstmetallplatten
angeordnet und auf einfache Weise hiermit verbunden ist, übernimmt die
Abdichtung der Bereiche der Außenumfangs-Dichtabschnitte, die die
anderen Löcher als die Bohrungslöcher, wie etwa Wasserlöcher und
Öllöcher, umgeben.
Wenn diese Metalldichtung zwischen die gegenüberliegenden Befestigungs
oberflächen von Teilen, wie etwa eines Zylinderkopfs und eines Zylinder
blocks eines Motors, gelegt und festgezogen wird, wirkt eine besonders
starke Kraft auf die Wülste der Wulstmetallplatten, weil die Gesamtdicke der
Wulstmetallplatten größer ausgelegt ist als die Dicke der Außenumfangs
metallplatte. Wenn demzufolge eine Unregelmäßigkeit an den gegen über
liegenden Befestigungsoberflächen vorhanden ist und die Metalldichtung
dazwischen festgezogen wird, können die Wulstmetallplatten die Ver
formung dieser Oberflächen ausgleichen. Bei diesem Festziehen der Platten
werden die Wülste der Wulstmetallplatten, deren Vorsprungsabschnitte
einander gegenüberliegen, verformt, und berühren die gegenüberliegenden
Befestigungsoberflächen an beiden Innen- und Außenumfangsrandabschnit
ten der Wulstmetallplatten. Demzufolge bildet jeder Wulst zwei Dichtlinien
um die Bohrungslöcher herum in bezug auf die gegenüberliegenden
Befestigungsoberflächen, d. h. es entsteht eine doppelte Abdichtung. Auf die
Außenumfangsmetallplatte wirkt eine ausreichende Kraft, um die Bereiche
um diejenigen Löcher abzudichten, die nicht die Bohrungslöcher sind.
Die Dicke der Wulstmetallplatten kann gleich oder unterschiedlich sein.
Die Dicke der Wulstmetallplatten kann entsprechend dem Zustand der
gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen ausgelegt sein. Wenn die
Wulstmetallplatte an der Seite angeordnet wird, an der die Unregelmäßigkeit
der gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen mit größerer Wahrschein
lichkeit auftritt, wird deren Dicke dort von vornherein größer gemacht.
Die Höhe der Wülste kann gleich oder unterschiedlich sein. Wenn die
Höhe der Wülste der Wulstmetallplatten geändert wird, ändert sich der
Verformungsbetrag der Wulstmetallplatten, wenn die Metalldichtung
zwischen die gegenüberliegende Befestigungsoberflächen eingesetzt und
festgezogen wird. Wenn der Unregelmäßigkeitsgrad der gegenüberliegenden
Befestigungsoberflächen teilweise variiert, kann daher die Höhe der Wülste
der Wulstmetallplatten entsprechend der Dicke der Wulstmetallplatten
geändert werden, um das Auftreten von Fehlern zu vermeiden.
Bevorzugt umfassen die an den Wulstmetallplatten gebildeten Wülste
Vollwülste. Wenn die Wülste Vollwülste aufweisen, berühren die Rand ab
schnitte an beiden Seiten jedes Vollwulsts, deren Vorsprungsabschnitt
jenem des entsprechenden Vollwulsts der anderen Wulstmetallplatte
gegenüber liegt, die gegenüberliegende Befestigungsflächen, wenn die
Metalldichtung zwischen diesen Oberflächen gehalten und festgezogen
wird, wodurch zwangsweise zwei Druckdichtlinien erzeugt werden.
Entsprechend können Wülste, die Vollwülste aufweisen, um die Bohrungs
löcher herum eine hohe Dichtwirkung erzeugen.
In den Bereichen um die Öffnung der Außenumfangsplatte herum und um
die anderen Löcher als die Bohrungslöcher herum ist keine so hohe
Dichtwirkung erforderlich, wie die Dichtwirkung der Bereiche um die
Bohrungslöcher der Wulstmetallplatten herum. Für diese Bereiche erreicht
man eine ausreichende Dichtwirkung, indem man in den Halbwülsten, die
an der Außenumfangsmetallplatte ausgebildet sind, eine Biegung erzeugt.
Bevorzugt treffen die Wülste der Wulstmetallplatten zwischen den
benachbarten Bohrungslöchern aufeinander oder sind voneinander getrennt.
Zwischen benachbarten Bohrungslöchern sind die Wülste derart ausgebildet,
daß sie aufeinander treffen oder voneinander getrennt sind, wobei die
geringste Breite eines Bereichs zwischen den Bohrungslöchern, die Form der
Wülste einschließlich der Höhe und Breite davon, und ein gewünschter Grad
der Dichtwirkung berücksichtigt werden. Wenn die Wülste getrennt
vorgesehen sind, werden insgesamt vier Dichtlinien, die eine Dichtwirkung
erzeugen, zwischen benachbarten Bohrungslöchern gebildet, weil jede
Dichtung an den Rändern an beiden Seiten ihrer Vorsprungsabschnitte
Dichtlinien bildet. Daher kann man eine starke Dichtwirkung zwischen
benachbarten Bohrungslöchern in den Bereichen erzielen, die die höchste
Dichtwirkung erfordern.
Bevorzugt ist die Außenumfangsmetallplatte an zumindest einer der
Wulstmetallplatten teilweise fixiert. Die Wulstmetallplatten und die
Außenumfangsmetallplatte werden durch Bolzen zusammengezogen,
nachdem diese Platten zwischen den gegenüberliegenden Befestigungs
flächen angebracht sind. Daher ist es nicht erforderlich, daß die Dichtung
selbst, d. h. deren Elemente, fest aneinander fixiert sind. Bevorzugt werden
jedoch die Elemente der Dichtung als Transportsicherung soweit aneinander
fixiert, daß sie sich nicht leicht voneinander trennen lassen, und derart, daß
die Handhabung der Dichtung als einzelner Gegenstand einschließlich der
Lagerung, der Lieferung und der Montage der Dichtung leicht durchgeführt
werden kann.
Bevorzugt werden einige der Löcher, die nicht die Bohrungslöcher sind,
durch Einbuchtungen ausgebildet, die in entweder den Umfangsrändern der
zwei Wulstmetallplatten oder der Öffnung der Außenumfangsplatte oder an
beiden vorgesehen sind. Wenn beispielsweise die Konturen der Wulstmetall
platten und der Außenumfangsmetallplatte durch Stanzen von Metallplatten
hergestellt werden, werden die Einbuchtungen als Teile der Konturen von
zumindest einer dieser Metallplatten gebildet. Die Löcher, wie etwa
Wasserlöcher oder andere Nicht-Bohrungslöcher, werden durch diese
Einbuchtungen gebildet, indem lediglich die Wulstmetallplatten und die
Außenumfangsmetallplatte miteinander kombiniert werden.
Wenn die Metalldichtung zwischen die gegenüberliegenden Befestigungs
oberflächen gelegt und festgezogen wird, bilden die Wülste, deren
Vorsprungsabschnitte einander gegenüberliegen, an beiden Seitenrändern
der Wülste doppelte ringförmige Dichtabschnitte gegenüber den gegen über
liegenden Befestigungsoberflächen. Dank dieser konzentrischen Mehrring-
Dichtabschnitte kann ein Leckstrom von heißem Hochdruckverbrennungsgas
aus den Bohrungslöchern zu beiden gegenüberliegenden Befestigungsober
flächen verhindert werden. Die Gesamtdicke der Abschnitte der Wulstmetall
platten, die um die Bohrungslöcher herum angeordnet sind, ist größer als die
Dicke der Außenumfangsmetallplatte in dem von den Bohrungslöchern
entfernten Bereich, so daß eine gute Dichtwirkung der Metalldichtung in
denjenigen Bohrungsloch-Umgebungsbereichen sichergestellt werden kann,
die die höchsten Anforderungen an die Dichtwirkung stellen.
Weil die Bohrungsloch-Umgebungsbereiche der Wulstmetallplatten durch
das heiße korrosive Verbrennungsgas beeinflußt werden, wird hochwertiges
Metallmaterial mit hoher Wärmebeständigkeit und hoher Korrosions
beständigkeit verwendet. Die Außenumfangs-Dichtungsabschnitte, welche
die Bereiche um die Löcher der Außenumfangsmetallplatte abdichten,
unterliegen geringeren Umgebungseinflüssen im Vergleich zu den Bohrungs
dichtabschnitten, welche die Bohrungsloch-Umgebungsbereich abdichten,
so daß sie keine so hohe Dichtleistung erfordern wie die Bohrungsdicht
abschnitte.
Demzufolge erfordern bei dieser Metalldichtung die Bohrungsdichtabschnitte
für die Bohrungsloch-Umgebungsabschnitte eine hohe Dichtleistung, so daß
aus hochwertigem Metallmaterial herzustellen sind, wobei jedoch die
Außenumfangs-Dichtabschnitte, welche die anderen Bereiche als die
Bohrungsloch-Umgebungsabschnitte abdichten, nicht so hohe Dichtleistung
benötigen, so daß kein hochwertiges Metallmaterial verwendet werden
braucht. Weil für die Außenumfangs-Dichtabschnitte ein billigeres Metall
material verwendet werden kann, lassen sich die Herstellungskosten der
Dichtung senken.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis
auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Teil der Metalldichtung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf Bohrungsdichtabschnitte der Metalldichtung von
Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf Außenumfangsdichtabschnitte der Metall
dichtung von Fig. 1;
Fig. 4 eine Schnittansicht der Metalldichtung entlang Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 5 eine Schnittansicht der Metalldichtung entlang Linie B-B in Fig. 1;
Fig. 6 eine Schnittansicht der Metalldichtung entlang Linie C-C in Fig. 1;
Fig. 7 schematisch die Änderung der Höhe der Wülste um die Bohrungs
löcher der Metalldichtung von Fig. 1;
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Bereichs zwischen benachbarten
Bohrungslöchern einer herkömmlichen Metalldichtung;
Fig. 9 eine Schnittansicht eines Bereichs zwischen benachbarten
Bohrungslöchern einer anderen herkömmlichen Metalldichtung; und
Fig. 10 eine Schnittansicht eines Bereichs zwischen benachbarten
Bohrungslöchern einer weiteren herkömmlichen Metalldichtung.
Fig. 1 zeigt eine Metalldichtung i zur Abdichtung eines Spalts zwischen
gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen eines Zylinderkopfs und eines
Zylinderblocks eines Mehrzylindermotors. Wenn die Anzahl der Zylinder
eines Mehrzylindermotors zunimmt oder abnimmt, kann die Metalldichtung
1 so ausgebildet werden, daß sie die erforderliche Anzahl von Bohrungs
löchern aufweist. Die Metalldichtung 1 kann zur Anwendung etwa bei 3-,
4- und 6-Zylindermotoren ausgebildet sein.
Die Metalldichtung 1 umfaßt ein Paar von Wulstplatten 4, 5, die aus
aufeinanderliegenden elastischen Metallplatten zum Abdichten von
(Zylinder-) Bohrungsdichtabschnitten 2 ausgebildet sind, sowie eine
Außenumfangsmetallplatte 12, die an der Außenumfangsseite der Wulst
metallplatten 4, 5 vorgesehen ist, um Außenumfangsdichtabschnitte 3
abzudichten. Die Wulstmetallplatten 4, 5 werden durch Stanzen von
Metallmaterialien hergestellt, beispielsweise rostfreien Federstahlplatten,
Formen der sich ergebenden Platten zur Bildung der Wülste und Wärme- und
Oberflächenbehandlung der Wulstplatten. Diese Stahlplatten werden aus
einem Material mit vorbestimmter Zugfestigkeit, Streckung und Härte
hergestellt. Die Außenumfangs-Metallplatte 12 wird beispielsweise aus einer
elektrogalvanisierten Stahlplatte hergestellt.
Die Wulstmetallplatten 4, 5 sind mit (Zylinder-) Bohrungslöchern 6A, 6B, 6C
versehen (allgemein mit der Bezugszahl 6 bezeichnet) in Parallelanordnung
entsprechend Zylinderbohrungen, die in den Zylindern, d. h. einem Zylinder
block eines Motors gebildet und durch Zylinderlaufbuchsen begrenzt sind.
Die Bohrungslöcher 6 der Wulstmetallplatten 4, 5 werden in den entspre
chenden Positionen mit der gleichen Größe hergestellt. Die Wulstmetallplatte
5 sowie die Wulstmetallplatte 4 hat in bezug auf deren Oberfläche, mit der
sie auf der Wulstmetallplatte 4 liegt, eine symmetrische Struktur. Die
Bohrungsdichtabschnitte 2 stellen Bereiche dar, die sich entlang den
Bohrungslöchern 6 erstrecken und die Bereiche zwischen benachbarten
Bohrungslöchern 6 einschließen.
Die Wulstmetallplatte 4 ist mit Wülsten 7A, 7B, 7C versehen (allgemein mit
der Bezugszahl 7 bezeichnet), die entlang den Umfängen der Bohrungs
löcher 6 verlaufen, und die Wulstplatte 5 ist entlang den Umfängen der
Bohrungslöcher 6 mit Wülsten 8A, 8B, 8C versehen (allgemein mit der
Bezugszahl 8 bezeichnet). Die Wulstplatten 4, 5 werden schichtweise
aufeinander gelegt, wobei die Vorsprungsabschnitte der Wülste 7, 8 an
entsprechenden Positionen entlang den Umfängen der Bohrungslöcher 6
einander gegenüberliegen. Die Höhe und die Breite der Wülste 7, 8 kann
entsprechend ihren Umfangspositionen auch in Bereichen um dasselbe
Bohrungsloch 6 herum geändert werden.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines Wulsts, dessen Breite an verschiedenen
Umfangsabschnitten um ein Bohrungsloch 6 herum unterschiedlich ist. Ein
Bereich F zwischen benachbarten Bohrungslöchern 6 ist wegen der
Verkleinerung eines Motors sehr eng, so daß die Breite der Abschnitte des
Bereichs F von zwei Wülsten 7, 8 kleiner ist als von den Abschnitten, die
sich in einem Bereich G am weitesten von den benachbarten Bohrungs
löchern 6 weg befinden. In Übergangsbereichen zwischen den Bereichen F,
G nimmt die Breite der Wülste allmählich von den Bereichen F zu den
Bereichen G hin zu. Die Höhe der Wülste in den Bereichen F kann größer
sein als in den Bereichen G, um eine höhere Dichtkraft zu erhalten, wodurch
die Form der Wülste geändert werden kann.
Die Wülste 7, 8 sind unabhängig voneinander ausgebildet, ohne daß sie sich
in Bereichen zwischen benachbarten Bohrungslöchern 6 treffen. Demzufolge
sind zwei Wülste 7, 8 an demjenigen Abschnitt der beiden Wulstplatten 4,
5 vorhanden, der sich zwischen benachbarten Bohrungslöchern 6 befindet.
Wenn die Metalldichtung 1 zwischen den gegenüberliegenden Befestigungs
oberflächen eines Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks gelegt und
festgezogen wird, berühren die Wülste 7, 8 einander und werden verformt.
Gemäß den Fig. 1 und 2 sind Wasserlöcher 9 in den Bereichen
ausgebildet, in denen die benachbarten Wülste 7, 8 der Wulstmetallplatten
4, 5 eng beieinander verlaufen.
Die Abdichtung der Außenumfangsdichtabschnitte 3 erfolgt durch eine
Außenumfangsmetallplatte 12, die auf denjenigen Umfangsabschnitten 11
der Wulstmetallplatten 4, 5 aufliegt, die eine relativ geringe Breite haben
und an der Innenseite der Außenränder 10 der Wulstmetallplatte 4, 5
angeordnet sind. Wie in Fig. 3 gezeigt, weist die Außenumfangsmetall
platte 12, die eine elastische Metallplatte umfaßt, eine Öffnung 13 auf,
deren Umfang entlang den Umfangsabschnitten 11 verläuft und über einen
geringen Abstand zu den Mitten der Bohrungslöcher 6 einwärts vorsteht.
Die Öffnung 13 ist als eine einzelne Öffnung ausgebildet, welche die
Bohrungsdichtabschnitte 2 und Bohrungslöcher 6 der Wulstmetallplatten 4,
5 insgesamt umgibt. Die Außenumfangsmetallplatte 12 liegt als Schicht auf
den Wulstmetallplatten 4, 5 in dem Zustand auf, in dem die Außenumfangs
metallplatte 12 zwischen den Umfangsabschnitten 11 der Wulstmetall
platten 4, 5 gehalten wird. In den Bereichen zwischen benachbarten
Bohrungslöchern 6 liegt die Außenumfangsmetallplatte 12 nicht auf den
Wulstmetallplatten 4, 5 auf.
Wie in Fig. 5 gezeigt, wird die die Außenumfangsdichtabschnitte 3
bildende Außenumfangsmetallplatte 12 zwischen den Wulstmetallplatten 4,
5 in den Bereichen, die von den Bohrungslöchern 6 weiter entfernt sind als
die Wülste 7, 8, gehalten und hiermit kombiniert. Die Außenumfangsmetall
platte 12 wird durch Laserschweißung, Punktschweißung oder mechanische
Verstemmung 23 teilweise an zumindest einer der Wulstmetallplatten 4, 5
fixiert. Dieser Fixiervorgang erfolgt derart, daß die Wulstmetallplatten 4, 5
und die Außenumfangsmetallplatte 12 bei der Lagerung, Lieferung und
Montage der Metalldichtung 1 leicht gehandhabt werden können, wobei es
nicht erforderlich ist, daß diese Metallplatten 4, 5 und 12 dauerhaft
miteinander verbunden sind.
In dieser Ausführung bildet der Umfangsabschnitt 11 in einem geschichte
ten Bereich einen Wassermantelabschnitt 14 der Metalldichtung 1. Der
Wassermantelabschnit 14 umfaßt Teile, wo die Wulstmetallplatten 4, 5 und
die Außenumfangsmetallplatte 12 nicht geschichtet sind. Daher sind um die
Bohrungslöcher 6 herum mehrere Wasserlöcher 15 ausgebildet, durch die
Kühlwasser fließt. Die Wasserlöcher 15 sind durch halbkreisförmige
Einbuchtungen 15a gebildet, die in den Wulstmetallplatten 4, 5 vorgesehen
sind, sowie Einbuchtungen 15b, die in der Außenumfangsmetallplatte 12
vorgesehen sind. Obwohl die in der Zeichnung dargestellten Wasserlöcher
15 kreisförmig sind, sind sie auf diese Form nicht beschränkt. Diese Löcher
15 können Langlöcher aufweisen, die entlang den Umfängen der Bohrungs
löcher 6 verlaufen.
Die Außenumfangsmetallplatte 12 ist mit Bolzenlöchern 16, Paßlöchern 17,
Durchblaslöchern 18 und Öllöchern 32 für den Durchfluß von Öl versehen.
Jedoch betrifft das Vorsehen dieser Löcher bekannte Techniken im Gebiet
von Metalldichtungen, so daß Detailbeschreibungen davon weggelassen
sind.
Die Außenumfangsmetallplatte 12 ist mit Halbwülsten 19 zum Abdichten
ihres Gesamtumfangs versehen. Wie in Fig. 6 gezeigt, sind ähnliche
Halbwülste 20 beispielsweise um die Bolzenlöcher 16 herum ausgebildet,
um die Bereiche um diese Löcher herum abzudichten.
Beide Ober- und Unterflächen der Metalldichtung 1, d. h. zumindest eine der
Außenflächen und der gegenüberliegenden Innenflächen der Wulstmetall
platten 4, 5 sowie beide Oberflächen der Außenumfangsmetallplatte 12 sind
mit einer (nicht gezeigten) Beschichtung mit einer Dicke von beispielsweise
10 µ bis 20 µ bedeckt, die aus nichtmetallischem Material gebildet ist, wie
etwa wärmebeständigem und ölbeständigem Gummi (z. B. Fluorgummi) und
Kunststoff. Hierdurch läßt sich ein Metall-zu-Metall-Kontakt der Dichtung in
bezug auf den Zylinderkopf und den Zylinderblock vermeiden und die
Korrosionsbeständigkeit, Dauerhaftigkeit und Festigkeit der Metalldichtung
sicherstellen. Auch wenn mechanisch bearbeitete Oberflächen der
Wulstmetallplatten 4, 5 und der Außenumfangsmetallplatte 12 und
mechanisch bearbeitete gegenüberliegende Befestigungsoberflächen eines
Zylinderkopfs und eines Zylinderblocks winzige Vertiefungen und Vorsprün
ge haben, werden diese von dem genannten nichtmetallischen Material
ausgeglichen, so daß die Dichtungsfunktion der Platten erfüllt werden kann.
Angenommen sei, daß t1, t2 die Dicke der Wulstmetallplatten 4 bzw. 5 ist
und t3 die Dicke der Außenumfangsmetallplatte 12 ist. Diese Dicken haben
die Beziehung von t1 < t3, t2 < t3 sowie t3 < t1 + t2. Es sind nämlich die
Dicken t1, t2 der Wulstmetallplatten 4, 5 jeweils kleiner als die Dicke t3 der
Außenumfangsplatte 12, wobei jedoch eine Gesamtdicke (t1 + t2) der
Wulstmetallplatten 4, 5 derart gewählt wird, daß sie größer ist als die Dicke
t3 der Außenumfangsmetallplatte 12. Ein Beispiel der Dicken der Wulstme
tallplatten 4, 5 und der Außenumfangsmetallplatte 12 ist nachfolgend
angegeben. t1 und t2 betragen wahlweise 0,2 mm + 0,03 mm, und t3
beträgt 0,35 mm + 0,05 mm. Bevorzugt wird die Dicke jeder Platte
wahlweise so festgelegt, daß (t1 + t2) - t3 etwa 0,04 bis 0,12 mm beträgt.
Wenn die Dicke jeder Platte derart ist, daß sich die obige Dickenrelation
ergibt, wird die Dicke der Bohrungsdichtabschnitte 2 notwendigerweise
größer als jene der Außenumfangsdichtabschnitte 3. Wenn daher die
Metalldichtung zwischen den gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen
gehalten und festgezogen wird, kann der Oberflächendruck der Bohrungs
dichtabschnitte höher sein als der der Außenumfangsdichtabschnitte 3.
Nachfolgend wird die Metalldichtung 1 beschrieben, die man durch
Zusammenbau der Wulstmetallplatten 4, 5 und der Außenumfangsmetall
platte 12 erhält.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Abschnitts der Metalldichtung 1
zwischen den Bohrungslöchern 6A, 6B entlang der Linie A-A in Fig. 1,
wobei die Bereiche zwischen den anderen benachbarten Bohrungslöchern
die gleichen Schnittstrukturen haben. Die Wülste 7, 8 erstrecken sich
konzentrisch und ringförmig um die Umfänge der jeweiligen Bohrungslöcher
6. Wenn die Metalldichtung festgezogen wird, wird der Oberflächendruck
der Bohrungsdichtabschnitte 2, die eine hohe Dichtkraft erfordern, größer
als jener der Außenumfangsdichtabschnitte 3 in den Bohrungsumgebungs
bereichen, so daß eine hohe Dichtleistung sichergestellt werden kann. In
den Bohrungsdichtabschnitten 2 berühren die Wülste 7, 8 der Wulstmetall
platten 4, 5 an ihren Außenrandabschnitten D, E die gegenüberliegenden
Befestigungsoberflächen unter Druck zur Bildung von Dichtlinien. Demzu
folge werden insgesamt vier Dichtlinien zwischen benachbarten Bohrungs
löchern gebildet, wodurch die Dichtfähigkeit der Metalldichtung in den
Bereichen, in denen eine Leckgefahr von heißen Verbrennungsgasen
besteht, zwischen benachbarten Bohrungslöchern sichergestellt werden
kann.
In den die Bohrungslöcher 6 umgebenden Bereichen außer den Bereichen
zwischen den benachbarten Bohrungslöchern 6 besteht keine so große
Leckgefahr von Verbrennungsgasen wie in den Bereichen zwischen den
benachbarten Bohrungslöchern, und daher bilden die Wülste 7, 8 einen
einzigen Wulstkörper. Wenn die Metalldichtung zwischen den gegen über
liegenden Befestigungsoberflächen gehalten und festgezogen ist, berührt
jeder der Wülste 7, 8 an seinen Innen- und Außenrandabschnitten D, E die
gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen unter Druck zur Bildung von
zwei Dichtlinien. Die Außenumfangsmetallplatte 12 ist entlang ihres
Gesamtumfangs um die Bolzenlöcher 16, Paßlöcher 17, Durchblaslöcher 18
und Öllöcher 32 herum mit Halbwülsten 19, 20 versehen. Wenn die
Metalldichtung festgezogen wird, werden die Halbwülste 19, 20 verformt,
wodurch die Dichtleistung in den Bereichen um den Gesamtumfang und um
jedes dieser Löcher herum sichergestellt ist.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Ausführung
beschränkt. Oben wurde die Metalldichtung am Beispiel einer Zylinder
kopfdichtung beschrieben. Die Metalldichtung läßt sich jedoch auch als
Krümmerdichtung verwenden. Die Dicke der Wulstmetallplatten 4, 5 und die
Höhe, Breite und Gestalt der Wülste können bei der Bestimmung der
Spezifikationen der Metalldichtung geändert werden, ohne diese in allen
Fällen im gleichen Zustand zu halten, so daß die bei den gegenüberliegenden
Befestigungsoberflächen vorkommenden Unregelmäßigkeiten beseitigt
werden können, wobei die erwähnten Änderungen entsprechend den
Materialien und den physikalischen Eigenschaften, wie etwa der Härte der
gegenüberliegenden Befestigungsoberflächen der Motorteile oder den
Spezifikationen des Motors erfolgen können. Die Abschnitte der Wülste, die
sich zwischen benachbarten Bohrungslöchern 6 dieser Metalldichtung
befinden, sind hier unabhängig ausgebildet, können jedoch derart ausgebil
det sein, daß sie zwischen benachbarten Bohrungslöchern aufeinander
treffen, solange die erforderliche Dichtleistung sichergestellt ist. Im obigen
Beispiel wurden die anderen Löcher als die Bohrungslöcher 6 als Wasser
löcher beschrieben, die durch die Einbuchtungen in den Umfangsabschnitten
der Wulstmetallplatten 4, 5 und am Umfang der Öffnung der Außenum
fangsmetallplatte 12 gebildet sind, wobei diese Löcher jedoch auch
beispielsweise Öllöcher aufweisen können.
Eine Metalldichtung 1 umfaßt zwei aus elastischen Metallplatten gebildete
Wulstmetallplatten 4, 5, die Wülste 7, 8 aufweisen, die entlang den
Umfängen von Bohrungslöchern 6 verlaufen und zur Abdichtung von
Bohrungsdichtabschnitten 2 dienen, sowie eine aus einer elastischen
Metallplatte gebildete Außenumfangsmetallplatte 12, die zur Abdichtung
von Außenumfangsdichtabschnitten 3 dient, die von den Bohrungsdicht
abschnitten 2 abweichen. Die Wulstmetallplatten 4, 5 und die Außenum
fangsmetallplatte 12 haben verschiedene Dichteigenschaften und dienen
dazu, die Bohrungsdichtabschnitte 2 bzw. die Außenumfangsdichtabschnitte
3 abzudichten. Diese zwei Typen von Metallplatten sind aus unterschiedli
chen Materialien hergestellt, wodurch die Herstellungskosten der Dichtung
reduziert sind. Die zwei Wulstmetallplatten 4, 5 sind mit Wülsten 7, 8
versehen, die entlang der Umfänge der Bohrungslöcher 6 verlaufen, wobei
deren Vorsprungsabschnitte einander gegenüber liegen. Weil die Dicke t3 der
einzelnen Außenumfangsmetallplatte 12 größer ist als jene t1, t2 der
jeweiligen Wulstmetallplatten 4, 5 und kleiner als eine Gesamtdicke t1 + t2
der Wulstmetallplatten 4, 5, läßt sich der Oberflächendruck der die
Bohrungslöcher 6 umgebenden Bereiche erhöhen.
Claims (10)
1. Metalldichtung, umfassend: ein Paar aus elastischem Metallmaterial
gebildeter geschichteter Wulstmetallplatten (4, 5), die jeweils mit
Bohrungslöchern (6) und Wülsten (7, 8) versehen sind, die entlang
den Umfängen der Bohrungslöcher (6) verlaufen und die dazu
ausgelegt sind, die Bereiche um die Bohrungslöcher (6) herum
abzudichten, sowie eine aus elastischem Metallmaterial gebildete
Außenumfangsmetallplatte (12), die mit einer Öffnung (13) versehen
ist, die sich entlang einem Abschnitt derselben erstreckt, der den
Außenumfangsrandabschnitten (11) der Wulstmetallplatten (4, 5)
entspricht, sowie anderen Löchern als den Bohrungslöchern (6),
wobei ein Randabschnitt der Öffnung (13) zwischen den Wulstmetall
platten (4, 5) angeordnet ist, wobei die Außenumfangsmetallplatte
(12) dazu dient, einen Außenumfangsbereich, der von den die
Bohrungslöcher (6) umgebenden Bereichen abweicht, abzudichten,
wobei die Vorsprungsabschnitte der Wülste (7, 8) der Wulstmetall
platten (4, 5) einander gegenüber liegen, wobei die Dicke (t3) der
Außenumfangsmetallplatte (12) größer ist als die Dicke (t1, t2) der
jeweiligen Wulstmetallplatten (4, 5) und kleiner als die Gesamtdicke
(t1 + t2) der Wulstmetallplatten (4, 5).
2. Metalldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dicken (t1, t2) der Wulstmetallplatten (4, 5) einander gleich oder
voneinander unterschiedlich sind.
3. Metalldichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhen der Wülste (7, 8) einander gleich oder voneinander
unterschiedlich sind.
4. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die an den Wulstmetallplatten (4, 5) ausgebildeten
Wülste (7, 8) vollwülste umfassen.
5. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Außenumfangsmetallplatte (12) mit Halbwülsten
(19, 20) versehen ist, die entlang dem Umfang der Öffnung (13) und
entlang den Umfängen von Löchern verlaufen, die von den Bohrungs
löchern (6) abweichen.
6. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wülste (7, 8) der Wulstmetallplatten (4, 5) in
Bereichen zwischen benachbarten Bohrungslöchern (6) aufeinander
treffen.
7. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wülste (7, 8) der Wulstmetallplatten (4, 5) in
Bereichen zwischen benachbarten Bohrungslöchern (6) unabhängig
voneinander ausgebildet sind.
8. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Außenumfangsmetallplatte (12) an zumindest einer
der elastischen Metallplatten fixiert ist.
9. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß zumindest einige von den Löchern, die von den
Bohrungslöchern (6) abweichen, durch Einbuchtungen (15a, 15b)
gebildet sind, die in den Umfangsabschnitten (11) der zwei Wulst
metallplatten (4, 5) oder/und der Öffnung (13) der Außenumfangs
metallplatte (12) vorgesehen sind.
10. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die in der Außenumfangsmetallplatte (12) vorgesehe
nen Löcher Bolzenlöcher (16), Wasserlöcher (15), Öllöcher (32),
Paßlöcher (17) oder/und Durchblaslöcher (18) aufweisen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110619 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |